宇宙的奥秘遥远的星系和暗物质的真实本质

　　在旋涡星系的中心，离我们很近，但也离我们数十亿光年，有一个巨大的球形区域，由暗物质粒子组成。这个区域有两个决定性的特征：密度在一定半径范围内是恒定的，随着时间的推移会惊人地膨胀，而密度则会降低。这表明构成暗物质的基本粒子与构成普通物质的基本粒子——质子、电子、中子和光子之间存在直接相互作用。我们预计，这一假设与当前用来描述宇宙的主流理论——被称为Lambda冷暗物质——直接冲突。Lambda冷暗物质假设冷暗物质的粒子是惰性的，除了引力之外，不与任何其他粒子相互作用。
　　最近发表在著名的《天文学和天体物理学杂志》上的一项新研究报告了这些重要发现，该研究研究了大约70亿光年之外的大量遥远星系，对现代物理学最大的奥秘之一进行了新的观察。根据作者的说法，这项新研究代表着我们对暗物质的理解向前迈进了一步。暗物质是宇宙中难以捉摸的元素，其理论基础是其对天体的明显影响，但尚未得到直接证明。尽管在专门的地下实验室中为此目的进行了许多有针对性的天体物理观测和实验，但情况依然如此。
　　暗物质约占宇宙质量的84%：＂它在整个星系中的主要存在源于恒星和氢气的运动，就好像受一种看不见的元素控制一样，＂高里·夏尔马解释道。到目前为止，对它的研究主要集中在我们附近的星系：＂然而，在这项研究中，＂她解释说， ＂我们第一次试图观察和确定螺旋星系的质量分布，这些星系的形态与附近的星系相同，但距离远得多，因此比我们早了约70亿年。我们的想法基本上是，像我们这样的螺旋星系的前身可以提供了解自然界的基本线索暗物质之谜的核心粒子。
　　然而，新的研究表明，在所谓的＂标准宇宙学模型＂的背景下，这个中心区域有一些完全出乎意料的东西。莎玛说＂由于近旋星系和远旋星系，也就是今天的星系和它们70亿年前的祖先的性质之间的对比，我们可以看到，不仅存在一个暗物质密度恒定的未知区域，而且它的尺寸随着时间的推移而增加，就像受到一个不断扩张和稀释的过程。＂如果暗物质粒子没有像Lambda CDM模型中假设的那样相互作用，那么很难解释这一证据。＂夏尔马说：＂在我们最近发表的研究中，我们提供了暗物质和普通物质之间直接相互作用的证据，随着时间的推移，从星系中心向外慢慢形成一个密度一致的区域。＂但还有更多。
　　萨鲁奇说：＂令人惊讶的是，上述密度恒定的区域会随着时间的推移而扩展。这是一个非常缓慢的过程，但却是一个不可阻挡的过程。＂一个可能的解释？＂最简单的是，在星系形成之初，球状晕中暗物质的分布正如Lambda CDM理论所预测的那样，中心有一个密度峰值。后来，形成了以螺旋星系为特征的星系盘，周围环绕着一个密度极高的暗物质粒子晕。随着时间的推移因此，我们假设的相互作用效应意味着这些粒子被恒星捕获或被驱逐到星系的外部。＂这一过程将在暗物质晕中创造一个密度一致的球形区域，其尺寸随着时间成比例增加，最终达到银河系恒星盘的尺寸，如《天文学和天体物理学》一文所述。夏尔马说：＂这项研究的结果为描述暗物质粒子（除了Lambda CDM）的替代方案提出了重要的问题，例如暖暗物质、自相互作用暗物质和超轻暗物质。＂